实验10　8-羟基喹啉的制备

实验目的

（1）掌握Skraup反应制备喹啉及其衍生物的方法。

（2）掌握重结晶、水蒸气蒸馏等基本操作。

实验原理

8-羟基喹啉是化学分析的配位滴定指示剂，它作为金属离子螯合剂，已广泛应用于分析化学中金属元素的化学分析、金属离子的萃取、金属防腐和光度分析等方面。它又是一种重要的有机合成中间体，作为卤化喹啉类抗阿米巴药物的中间体以及农药、染料的中间体。此外，它还可作为工业防腐剂、防霉剂以及酚醛树脂、聚酯树脂和双氧水的稳定剂。

Skraup反应是合成喹啉及其衍生物最重要的方法。本实验以苯酚为原料，通过硝基化反应制备邻硝基苯酚（同时产生对硝基苯酚，用于制备非那西汀），再还原得到邻氨基苯酚。由于酚羟基的强活化能力，本实验使用硝酸钠和硫酸作用生成硝酸作为硝化试剂使苯酚硝化。邻硝基苯酚加入锌粉作为还原剂可得到邻氨基苯酚。反应式如下：

在氧化剂邻硝基苯酚和浓硫酸的存在下，邻氨基苯酚与甘油发生Skraup反应可合成8-羟基喹啉。反应式如下：

试剂与仪器

试剂：苯酚，硫酸（98％），硝酸钠，浓盐酸（35％～38％），碳酸钠，氯化铵，锌粉，乙醇，无水甘油，活性炭。

仪器：三口瓶，滴液漏斗，温度计，磁力搅拌器，冰浴，回流冷凝管，烧杯，水蒸气蒸馏装置，布氏漏斗，抽滤瓶。

实验内容

1.邻硝基苯酚和对硝基苯酚的制备

在250mL三口瓶中加入50mL水，再缓慢加入15mL浓硫酸、20.4g硝酸钠。装上滴液漏斗和温度计，用冰浴冷却。当体系温度降至15℃左右时，开动磁力搅拌器，在搅拌下缓慢滴加苯酚的水溶液（10.2g苯酚和4mL水配成溶液），体系温度维持在15～20℃，加毕，在该温度下继续搅拌30min。将体系冷却至黑色油状物固化，倾倒出酸液，用冰水洗涤固体三次。将固化的油状物通过水蒸气蒸馏，蒸至无黄色的油状物馏出。向残液中加水使总体积约为100mL，然后加入7mL浓盐酸和适量的活性炭，微沸10min，用布氏漏斗和抽滤瓶趋热抽滤，滤液充分冷却，抽滤干燥。产品可用2％的盐酸重结晶，计算收率，测定熔点（推断产物的结构）。水蒸气蒸出的溶液冷却后得到固体，抽滤干燥。产品可用乙醇水溶液重结晶，称重，计算收率，测定熔点（推断产物的结构）。

本实验合成的邻硝基苯酚用于下步反应，对硝基苯酚用于制备非那西汀。

2.邻氨基苯酚的合成

在100mL烧瓶中加入4.2g邻硝基苯酚、30mL乙醇、30mL水、3g氯化铵和4.5g锌粉，安装回流冷凝管，在快速搅拌下回流1.5h₀趁热抽滤，滤渣与10mL乙醇共热，再趁热过滤，合并滤液，蒸馏浓缩至1/3体积时，冷却析晶。用抽滤装置抽滤，用少量的水洗涤晶体，干燥，计算收率，测定熔点。

3.8-羟基喹啉的合成

在50mL圆底烧瓶中加入2.2g邻氨基苯酚、1.4g邻硝基苯酚和4.69g甘油，充分摇匀后，再加入2.7mL浓硫酸，装上回流冷凝管。在搅拌下缓慢加热至近沸，移开热源，反应剧烈放热。剧烈反应过后，继续加热，反应回流1.5h。反应液稍冷后，改为水蒸气蒸馏，蒸至不再有有机物馏出为止。取3.6g氢氧化钠和5mL水配成溶液，缓慢加入上述残液中，调节pH值接近7时，再加入适量的饱和碳酸钠溶液使pH值保持在7～8。再进行第二次水蒸气蒸馏，蒸至无有机物馏出为止。从馏出液中过滤出固体物质，干燥即得产品，计算收率，测定产物的熔点。

注意事项

（1）如果不能固化，使用分液漏斗将油水分开。

（2）若体系仍呈黄色，需补充适量锌粉。

思考题

（1）为什么通过水蒸气蒸馏能将邻硝基苯酚和对硝基苯酚分开？

（2）苯酚硝化法制备邻硝基苯酚和对硝基苯酚时，为什么收率比较低？你还有什么方法可以合成邻硝基苯酚和对硝基苯酚？

（3）为什么邻氨基苯酚在空气中特别容易变色？

（4）请写出甘油在硫酸中生成丙烯醛的反应过程。

（5）水蒸气蒸馏8-羟基喹啉时，体系既不能呈现强酸性也不能呈现强碱性，原因是什么？写出产物与酸和碱反应的方程式。

参考文献

［1］兰州大学，复旦大学化学系有机化学教研室.有机化学实验［M］.王清廉，沈凤嘉修订.北京：高等教育出版社，1994.

［2］徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册［M］.北京：化学工业出版社，1998.

［3］宋毛平，何占航.基础化学实验与技术［M］.北京：化学工业出版社，2008.